3. Материалы валов и осей.

Требованиям работоспособности валов и осей наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные стали, а в ряде случаев – высокопрочные чугуны. Выбор материала, термической и химико-термической обработки определяется конструкцией вала и опор, техническими условиями на изделие и условиями его эксплуатации.

Для большинство валов применяют термически обработанные стали 45 и 40Х, а для ответственных конструкций сталь 40ХН, 30ХГТ и др. Валы из этих сталей подвергают улучшению или поверхностной закалке ТВЧ.

Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому их изготавливают из цементируемых сталей 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей типа 39Х2МЮА и др. Наибольшую износостойкость имеют хромированные валы.

Обычно валы подвергают токарной обработке с последующим шлифованием посадочных поверхностей и цапф. Иногда посадочные поверхности и галтели полируют или упрочняют поверхностным наклепом (обработка шариками или роликами).

4.Расчет валов и осей.

При работе, валы и вращающиеся оси, даже при постоянной внешней нагрузке испытывают знакопеременные напряжения изгиба симметричного цикла, следовательно, возможно усталостное разрушение валов и вращающихся осей. Практика показывает, что разрушение валов быстроходных машин обычно происходит в результате усталости материала.

Для окончательного расчета вала необходимо знать его конструкцию, тип и расположение опор, места приложения внешних нагрузок. Вместе с тем подбор подшипников можно осуществить только когда известен диаметр вала. Поэтому расчет валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).

Предварительный расчет валов. Проектный расчет производится только на кручение, причем для компенсации напряжений изгиба и других неучтенных факторов принимают значительно пониженные значения допускаемых напряжений кручения, например для выходных участков валов редукторов [τ_к]=(0,025...0,03)σ_В, σ_В – временное сопротивление материала вала. Тогда диаметр вала определится из условия прочности

τ_к =M_К/(0,2d³) ≤ [τ_к]

откуда

Полученное значение диаметра округляется до ближайшего стандартного размера

При проектировании редукторов диаметр выходного конца ведущего вала можно принять равным диаметру вала электродвигателя, с которым вал редуктора будет соединен муфтой.

После установления диаметра выходного конца вала назначается диаметр цапф вала (несколько больше диаметра выходного конца) и производится подбор подшипников. Диаметр посадочных поверхностей валов под ступицы насаживаемых деталей для удобства сборки принимают больше диаметров соседних участков. В результате этого ступенчатый вал по форме оказывается близок к брусу равного сопротивления.

Окончательный расчет валов. Проверочный расчет валов выполняется на усталость и жесткость (расчеты на колебания мы рассматривать на будем).

Упрощенный проверочный расчет валов на усталость исходит из предположения, что не только нормальные, но и касательные напряжения изменяются по симметричному (наиболее неблагоприятному) циклу. Этот вид расчета дает неточность на несколько процентов в сторону увлечения запаса прочности вала. Условие сопротивления усталости имеет вид

где - эквивалентное напряжение в проверяемом сечении; - эквивалентный момент; d – диаметр вала в этом сечении; - допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений (см.табл.12.1).

Расчетный диаметр вала в проверяемом сечении определяется по формуле:

и сравнивается с принятым при конструировании вала диаметром.

Если проверяемое сечении вала ослаблено шпоночной канавкой, то расчетный диаметр вала следует увеличить на 7….10%.

Приведенные для проектного и проверочного расчета валов формулы и рекомендации используется и для расчета осей с учетом только нормальных напряжений изгиба, так как М_К = 0. Допускаемое напряжение для не вращающихся и - для вращающихся осей выбирают по таблицам справочников.

Разъемный подшипник (рис.2) состоит из основания и крышки корпуса, разъемного вкладыша, смазочного устройства и болтового или шпилечного соединения с крышкой. Износ вкладышей в процессе работы компенсируется поджатием крышки к основанию. Разъемные подшипники значительно облегчают сборку и являются незаменимым для конструкций с коленчатыми валами. Разъемные подшипники широко применяются в общем и особенно тяжелом машиностроении.

Рис 2. Разъемный подшипник